Boost電路的結構及工作原理_Boost的應用電路

　　Boost電路定義

　　Boost升壓電路的英文名稱為「theboostconverter」，或者叫「step-upconverter」，是一種開關直流升壓電路，它能夠將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電，也稱為直流—直流變換器（DC/DCConverter）。

　　直流—直流變換器通過對電力電子器件的通斷控制，將直流電壓斷續地加到負載上，通過改變佔空比改變輸出電壓平均值。

　　假定那個開關（三極體或者mos管）已經斷開了很長時間，所有的元件都處於理想狀態，那麼電容電壓等於輸入電壓。

　　開關管Q也為PWM控制方式，但最大佔空比Dy必須限制，不允許Dy=1的狀態下工作。電感Lf在輸入側，成為升壓電感。

　　Boost電路結構

　　下面以UC3842的Boost電路為例介紹Boost電路的結構。

　　圖中輸入電壓Vi=16~20V，既供給晶片，又供給升壓變換。

　　開關管以UC3842設定的頻率周期開閉，使電感L儲存能量並釋放能量。

　　當開關管導通時，電感以Vi/L的速度充電，把能量儲存在L中。當開關截止時，L產生反向感應電壓，通過二極體D把儲存的電能以（Vo-Vi）/L的速度釋放到輸出電容器C2中。輸出電壓由傳遞的能量多少來控制，而傳遞能量的多少通過電感電流的峰值來控制。

　　整個穩壓過程由二個閉環來控制，即：

　　閉環1輸出電壓通過取樣後反饋給誤差放大器，用於同放大器內部的2.5V基準電壓比較後產生誤差電壓，誤差放大器控制由於負載變化造成的輸出電壓的變化。

　　閉環2Rs為開關管源極到公共端間的電流檢測電阻，開關管導通期間流經電感L的電流在Rs上產生的電壓送至PwM比較器同相輸入端，與誤差電壓進行比較後控制調製脈衝的脈寬，從而保持穩定的輸出電壓。誤差信號實際控制著峰值電感電流。

　　Boost電路的工作原理

　　Boost電路的工作原理分為充電和放電兩個部分來說明。

　　充電過程

　　在充電過程中，開關閉合（三極體導通），等效電路圖入下圖所示，開關（三極體）處用導線代替。

　　這時，輸入電壓流過電感。二極體防止電容對地放電。

　　由於輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關。

　　隨著電感電流增加，電感裡儲存了一些能量。

　　放電過程

　　如圖，這是當開關斷開（三極體截止）時的等效電路。

　　當開關斷開（三極體截止）時，由於電感的電流保持特性，流經電感的電流不會馬上變為0，而是緩慢的由充電完畢時的值變為0。

　　而原來的電路已斷開，於是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經高於輸入電壓了。升壓完畢。

　　說起來升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。

　　如果電容量足夠大，那麼在輸出端就可以在放電過程中保持一個持續的電流。

　　如果這個通斷的過程不斷重複，就可以在電容兩端得到高於輸入電壓的電壓。

　　Boost電路參數設計

　　對於Boost電路，電感電流連續模式與電感電流非連續模式有很大的不同，非連續模式輸出電壓與輸入電壓，電感，負載電阻，佔空比還有開關頻率都有關係。而連續模式輸出電壓的大小隻取決於輸入電壓和佔空比。

　　輸出濾波電容的選擇

　　在開關電源中，輸出電容的作用是存儲能量，維持一個恆定的電壓。

　　Boost電路的電容選擇主要是控制輸出的紋波在指標規定的範圍內。

　　對於Boost電路，電容的阻抗和輸出電流決定了輸出電壓紋波的大小。

　　電容的阻抗由三部分組成，即等效串聯電感（ESL），等效串聯電阻（ESR）和電容值（C）。

　　在電感電流連續模式中，電容的大小取決於輸出電流、開關頻率和期望的輸出紋波。

　　在MOSFET開通時，輸出濾波電容提供整個負載電流。

　　電感

　　在開關電源中，電感的作用是存儲能量。

　　電感的作用是維持一個恆定的電流，或者說，是限制電感中電流的變化。

　　在Boost電路中，選擇合適電感量通常用來限制流過它的紋波電流。

　　電感的紋波電流正比於輸入電壓和MOSFET開通時間，反比於電感量。電感量的大小決定了連續模式和非連續模式的工作點。

　　除了電感的感量外，選擇電感還應注意它最大直流或者峰值電流，和最大的工作頻率。

　　電感電流超過了其額定電流或者工作頻率超過了其最大工作頻率，都會導致電感飽和及過熱。

　　MOSFET

　　在小功率的DC/DC變化中，PowerMOSFET是最常用的功率開關。MOSFET的成本比較低，工作頻率比較高。

　　設計中選取MOSFET主要考慮到它的導通損耗和開關損耗。

　　要求MOSFET要有足夠低的導通電阻RDS（ON）和比較低的柵極電荷Qg。

　　Boost電路的應用領域

　　MAX1771

　　MAX1771是美信公司的電源管理晶片，可以做為升壓電路使用，電路結構為Boost電路，如下圖2.1所示。當電壓輸入電壓的範圍是5-12V，輸出根據的調節範圍是24-36V。引腳1輸出PWM來控制場效應管IRF3205的導通與截止。引腳3是電壓反饋端，內置1.25V的穩壓源。當輸入到3腳的電壓高於或低於1.25V時，晶片會自動調節PWM佔空比的減小或增大，以得到穩定的輸出。

　　TL494

　　TL494是一種固定頻率脈寬調製電路，它包含了開關電源控制所需的全部功能，廣泛應用於單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關電源。

　　IR2110

　　IR2110是美國國際整流器公司利用自身獨有的高壓集成電路及無門鎖CMOS技術，於1990年前後開發並投放市場的大功率MOSFET和IGBT專用柵極驅動集成電路，已在電源變換、馬達調速等功率驅動領域中獲得了廣泛的應用。

　　FAN7930C

　　FAN7930C是一款有源功率因數校正（PFC）控制器，採用8腳SOP封裝。用於在臨界導通模式（CRM）下運行的升壓PFC應用。

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